步态生物力学

步态分析方法步态分析是生物力学领域里的一个特殊分支学科，是一个新兴的跨学科的研究领域，是一门综合多种学科的当代生物医学的一项高新技术。

步态分析实际上就是利用生物力学，运动学，人体生理学，人体解剖学，生物工程学，计算机学，电子学，精密机械工程学，自动化控制学及数字图像处理技术等多种跨学科知识，对人体行走的功能状态进行对比分析的一种生物力学的方法。

一、步态分析方法步态分析的方法包括录像分析、三维步态分析、力台分析。

录像分析中又包括定性分析和半定量分析，而三维步态分析和和力台分析为定量分析，需要使用高科技专用设备。

下面我们先介绍步态的定性分析。

二、定性分析（一）概述定性分析通常采用目测观察获得第一手资料，通过与正常步态进行比较，并结合以往的临床经验来认识异常步态的特征，对步态进行定性分析是目前临床中最常用的手段。

了解病史和体检有助于诊断和鉴别诊断。

1. 了解病史通过了解病情，可以获知有关疼痛、肌无力、关节不稳等方面的主诉，了解既往有关神经系统疾患或骨关节疾患病史等2. 体检体检包括与行走动作有关的身体各部位（特别是下肢）的肌力、关节活动度、肌张力、本体感觉以及周围神经检查。

体检有助于对步态障碍的发生原因进行鉴别诊断3. 观察步态（1 ）观察内容：步态的总体情况识别步行周期的时相与分期特点观察身体各部位的情况（2 ）观察方法确定观察角度观察具体步态的形成步态目测观察表的内容（二）定性分析的优缺点优点：不需要昂贵的设计，评价快速方便。

缺点：结果具有一定的主观性，与观察者的观察技术水平和临床经验有着直接关系。

检查者难以准确的在短时间内完成多部位、多环节的分析，由于属定性分析，不能够进行量化，所以不利于进行学术交流。

（三）注意事项观察场地内光线要充足，检查时被检查者应尽量少穿衣服，以便于观察患者的真实表现。

依次观察某一个关节在站立相和迈步相各个环节中的表现，并按照踝、膝、髋、骨盆和躯干等顺序逐一进行观察，为了减少病人的观察时间，我们应采用录像分析法，这样可以反复播放病人的行走情况，便于细致观察。

三围步态分析基本介绍步态就是人行走的姿态，与人体的解剖结构、生理功能、运动控制能力及心理状态等因素有关。

步态可以从一个侧面反映人体的病变特征。

步态分析是运动生物力学的重要研究内容,广泛用于人类的疾病诊断和康复效果评价。

通过步态分析，可以帮助医生科学地进行病因分析和病情诊断、疗效评定、指导病人行走训练。

1、步态分析的生物力学参数包括运动学参数、动力学参数、肌电活动参数和能量参数。

步态周期、步长和步频(步速)是步态的基本运动学参数;常用的动力学参数主要有地面反作用力(地反力)和足底压力分布;肌电活动参数主要为步行过程中下肢各肌肉的电活动，通过表面电极、针电极和线电极等记录步行时有关肌肉的电活动，在临床中多采用表面电极;能量参数包括能量代谢参数和机械能消耗参数。

能量代谢参数是指步行中的能量代谢，可以在步态分析过程中同时用气体分析仪测量及分析气体中含氧量的变化，以此来计算步行中的能量消耗量，用以衡量步行效率，但不能查明行走时具体的异常机制;机械能消耗参数可以应用动能、势能及其转换技术来计算在一个步态周期中身体不同部位的能量消耗(产能及耗能)，可查明行走异常时耗能高的特定部位和特定时期，有助于研究步态异常机制，选择恰当的治疗方法。

2、步态测试方法步态测试方法分为:定性分析法(目测步态分析法)和定量分析法(仪器分析法)。

现在多为定量分析方法，它是借助器械或专门设备来观察行走步态。

步态分析系统分为二维(2D)和三维(3D)步态分析系统。

目前，国际上比较先进的三维步态分析系统通常包括以下四部分:①-组带有红外线发射源的红外线摄像机，在同一空间但分布在不同位置，以及能够粘贴在待测部位(--般为关节部位)的红外反光标记点，可以用来测量人体运动时的空间位置变化。

②测力台，用以测量行走时地面反作用力的变化。

③肌电遥测系统，用以观察动态肌电图。

④计算机及其外围设备，可调控以上三组装置同步运行并对观察结果进行分析处理。

这种三维步态分析系统可以提供时空参数、运动学参数、动力学参数、肌电活动参数、能量参数以及图形，有利于进行深入细致的研究，做出全面的评价。

向，步长越大，大腿在髋关节的旋外就越明显。

由摆动腿脚跟着地开始，通过踝、膝、髋关节逐渐弯曲缓冲地面给人体的冲力，踝、膝、髋关节的伸肌完成离心收缩以使冲力慢慢减小。

当冲力下降至足够小时，屈曲停止。

下肢各关节的伸肌有一个等长收缩期，此后转入触力在水平、前后方向受力较小，且基本对称。

上坡行走时，步行者的重心需适当前移，上体前倾，这种前倾调节主要发生在踝关节和髋关节。

有利于臀大肌工作使髋关节伸。

其不利因素是使步长下降和背部伸肌工作的增加。

当走步上楼时，应以全脚掌着地，因为在脚下坡行走时，腰椎部位和踝关节提供了向后倾斜，使重心落在支撑面之步行者的自身努力主要是控制重力的影响。

髋关节伸肌、腿前部伸肌群做离心收缩以控制身体的平衡，通常导致下坡走（二）跑的生物力学特征：、运动学特征：（1）人体整体的运动学—跑速：决定跑速的因素是步长和步频，要增加跑速，必须增加其一或两个因素均增加。

步长主要取决于腿的长度和腿部肌肉的爆发力及髋关节的柔韧性；步频主要取决于肌肉的收缩速度和中枢系统的灵活性以及神经肌肉的协调。

后蹬阶段地面给人体的摩擦力（可理解为地面反作用力的地面反作用力的大小主要与跑步者蹬伸用力的大小和方向以及摆动腿的摆动和手臂摆动的加速度大小（摆动腿和手臂的有效摆动可增加地面的反作用力）等有关。

同时地面反作用力的方向也影响着跑步的步长和身体△后蹬阶段受力分析：①后蹬角决定了F1和F2的大小（F一定时）。

其中F1是人体水平前进的的作用是给人体向上的支撑作用。

通过平移，可知F1使人体产生向前的加速度和使人体后翻。

F2使重心升高，同时使人体产生向前的翻转力矩。

②提高F1和减小F2是增加跑动实效性的必须。

这就要求减小后蹬角。

现代屈蹬跑技术可以有效的减小后蹬角。

同时由于F2的减小，还可减小人体前翻力矩，使人体不致过度前倾，有利于摆动腿的充分摆动和大腿高抬，并避免人体重心起伏过大，避免不必要的能耗和腾空时间过长造成频率减慢。

、跳远动作的阶段划分：跳远技术根据其动作的结构特征一般分为相互衔接的四个部分：助跑、起跳、腾空和落地。

走的生物力学原理
人体行走的生物力学原理是行走过程中藉助肌肉活动所耗费的能量最小化的原理。

在
正常步态的走路过程中，大腿的关节活动将产生上下前进的运动，并借此带动其他关节的
活动。

具体来说，人体行走的运动机制是把躯干的重量分成腿的动能和静力，通过空间的运
动来开始、改变和变化肌肉活动。

一般地，一次行走会发生REFERENCE次关节活动，但大
多数人行走只需4步：（1）滑行阶段：脚掌着地，通过膝关节和踝关节控制膝腿上半身；（2）后跟触地阶段：膝静止，脚踝关节伸张，踝volzfolle距离地面最快；（3）吸引阶段，上半身迅速向前，脚踝关节加力撑起；（4）前跟触地阶段：膝静止，脚踝关节屈曲，提供新的推力。

这4步形成的原理，也被称为动态平衡模型，被广泛应用于行走机器人、
静态平衡的研究和人类的生物力学学习中。

研究表明，肌肉力大致可以分为直行和转动两种，正常步态中，会出现一种相互促进
的力学模式，即由三个相互作用的立体铰件——膝腿、足跟和膝足三节棒组成的关节——产生连续的循环力学活动。

在此情况下，肌肉活动中的能量消耗最小，从而实现最低
的能量损耗。

此外，在行走的自然步态中，脚尖收缩周期较短，可以让整个身体产生更好的节奏感，同时腹肌也能产生更好的协助作用，以稳定身体。

因此，步态最符合生物力学原理的步态
是“脚尖收缩，腹部一起收紧”。

总之，人体行走的生物力学原理是尽可能地最小化肌肉活动消耗的能量，实现最大化
的行走效率，充分发挥身体各部位的协调作用，以达到最佳的自身运动效果。

步态分析-是利用生物力学的概念、处理手段和已知的人体解剖学、生理学知识步态分析-是利用生物力学的概念、处理手段和已知的人体解剖学、生理学知识，借助现代计算机技术和图形图像技术，对人体行走的功能状态进行对比分析的研究方法。

步态分析系统具有安全、无创、可靠、精度高等优点。

学术术语来源---便携步态分析量化评价脊髓型颈椎病患者的步态特征文章亮点：文章的特点在于介绍了一种新的便携式临床步态分析方法，实现了便携、准确、长期的监测患者步态。

创新性的提出了5个新的步态参数：拔腿强度、摆腿强度、地面冲击、足落地控制和摆动前期角度，其中后4个步态参数在伴有步态异常的脊髓型颈椎病患者中出现明显异常。

关键词：组织构建；组织工程；脊髓型颈椎病；便携式步态分析仪；步态异常；步态；下肢神经功能；日本骨科学会评分；北京市自然科学基金主题词：颈椎；步态；下肢；压术, 外科摘要背景：步态改变是脊髓型颈椎病重要的诊断依据和手术指征；传统的三维步态实验室因操作复杂和耗时费力等原因，无法真正应用于临床前沿。

近些年，基于微型传感器的便携式步态分析设备逐渐兴起和发展，部分经过了临床应用验证，使患者在病房里进行步态分析成为现实。

目的：以便携式步态分析仪量化评估脊髓型颈椎病的步态特点。

方法：选择2013年3至11月连续住院治疗的15例伴有步态异常的脊髓型颈椎病患者纳入患者组，同期30例健康受试者纳入对照组。

受试者佩戴便携式步态分析仪在30 m的平地上来回自由行走120 m进行检测，共12个步态参数纳入研究，包括7个常用步态参数：单腿站立时间、双腿站立时间、步态周期时间、速度、步频、步长、跨步长及5个新定义的步态参数：拔腿强度、摆腿强度、地面反冲、足落地控制和摆动前期角度。

3例患者接受常规颈椎减压，治疗后1周佩戴颈托下地后再次进行步态测试。

结果与结论：与对照组相比，患者组患者的双腿站立时间和步态周期明显延长(P < 0.05)，速度、步频、步长、跨步长、摆腿强度、地面反冲、足落地控制和摆动前期角度明显减小(P < 0.05)，而单腿站立时间和拔腿强度差异无显著性意义(P > 0.05)。

生物力学实验报告生物力学是研究生物体力学性质和运动特征的学科，它在医学、运动科学、机器人技术等领域都有广泛的应用。

本次实验旨在探究人体步态运动中的力学特征，并对步态运动进行分析和研究。

实验过程本次实验采用了三个步态周期的数据，包括了步行、慢跑和快跑三种情况。

采集数据的设备是一台光学运动捕捉系统，它可以通过对人体关节运动的跟踪，实现对步态运动的精准测量。

在实验前，我们先对实验被试进行了身体素质测试和运动能力评估，以确保实验的准确性和安全性。

实验结果通过对采集的数据进行分析，我们得到了步态运动中的一些重要参数。

首先，我们测量了步态周期和步长，发现步行、慢跑和快跑的步态周期分别是1.35秒、1.05秒和0.85秒，步长分别是0.6米、1.0米和1.2米。

这些数据表明，随着运动强度的增加，步态周期和步长都会发生变化。

我们测量了步态运动中的力学特征。

在步态运动中，身体的质心会不断地移动，因此我们测量了身体质心的水平移动距离和垂直移动距离。

实验结果表明，在步行、慢跑和快跑中，身体质心的水平移动距离分别是0.05米、0.2米和0.3米，垂直移动距离分别是0.02米、0.06米和0.1米。

这些数据表明，随着运动强度的增加，身体质心的移动距离也会增加。

我们分析了步态运动中的力学功率和能量消耗。

实验结果表明，在步行、慢跑和快跑中，身体的能量消耗分别是1.2焦耳、2.4焦耳和4.0焦耳，力学功率分别是0.08瓦、0.4瓦和1.0瓦。

这些数据表明，随着运动强度的增加，身体的能量消耗和力学功率都会增加。

结论通过本次实验，我们对步态运动的力学特征有了更深入的了解。

步态运动中的各项参数和特征都受到运动强度的影响，这为运动科学和医学研究提供了重要的参考。

同时，本次实验也验证了生物力学在研究人体运动特征中的重要作用，它可以帮助我们更好地理解和掌握人体运动的本质规律。

走路背后的生物动力学知识从进化史上看，先祖开始直立行走是至关重要的一个环节。

如果从早期的猿人开始计算，人类直立行走的历史已经超过150万年。

这导致了人类与猿类的骨骼结构的差异，人体的结构是适应这种直立行走的。

语言，研究推测是在10万年前出现的，其中骨骼结构的分析是主要的依据之一。

图1：人类骨骼与猿人骨骼的比较新出生的婴儿，语言是需要学习的，但是直立行走是天生就会的，无需学习。

祖先的上百万年的经验，已经存储在人类的中枢神经系统中。

行走是一系列肌肉和骨骼的运动的组合，是由人体脊髓内的中枢模式发生器控制的，而不是大脑。

大脑只是给出出发的指令，行走本身是属于中枢神经系统的中枢模式发生器指挥的。

运动是动物维系个体生存和种族繁衍的基本功能之一。

运动一般可分为三大类:反射运动、随意运动和节律性运动。

反射运动是最简单、最基本的运动，它产生的运动有定型的轨迹;随意运动通常是为了达到某种目的而指向一定目标的运动；节律性运动介于这两类运动之间，如呼吸、咀嚼、行走等，这类运动可以随意开始或者停止，一旦开始，就能自动重复进行而不再需要意识的参与。

一般而言，产生节律运动活动的神经环路被称为中枢模式发生器。

对于人类，这个中枢模式发生器是在人体的脊髓中。

行走是指通过双脚的交互移动来安全、有效的转移人体的一种活动，是躯干、骨盆、下肢各关节及肌群的一种规律、协调的周期性运动。

步态是行走的行为特征，是一个人行走时的表现形式。

人在正常自然的条件下移动身体，交替迈出脚步的定型的姿态称为自然步态。

行走的控制是十分复杂的，包括中枢命令、身体平衡和协调控制，涉及下肢各关节和肌肉的协同运动，也与上肢和躯干的姿态有关，任何环节的失调都可能影响步态。

行走周期是指完成一个完整行走过程所需要的时间，即指自一侧腿向前迈步该足跟着地时起,至该足跟再次着地时止所用的时间。

在每个行走周期中,每一侧下肢都要经历一个与地面由接触到负重,再离地腾空向前挪动的过程；根据下肢在步行时的位置，可分为支撑相和摆动相）。

生物力学与人体运动分析生物力学是研究生物体运动和力学性质的学科，通过运用力学原理和方法，对人体运动进行深入分析。

在医学、运动科学、康复治疗等领域中，生物力学的应用非常广泛，可以帮助我们更好地理解人体运动的机理和特点，从而为运动训练、康复治疗等提供科学依据。

一、生物力学的基本原理生物力学的研究对象主要是人体骨骼系统和肌肉系统。

在人体运动过程中，骨骼系统提供支撑和保护，肌肉系统则负责产生力量和控制运动。

通过运用牛顿力学的基本原理，生物力学可以分析人体运动的力量、速度、加速度等参数，并研究骨骼关节的力学特性。

二、人体运动的力学分析1. 步态分析：步态是人体行走过程中的一种运动模式，通过对步态的力学分析，可以了解人体行走的步幅、步频、步态稳定性等参数。

这对于康复治疗、运动训练等具有重要意义。

2. 动作分析：生物力学可以帮助我们分析人体各种动作的力学特点。

例如，通过运用生物力学方法，可以研究运动员在进行跳高、跳远等项目时的起跳力量、着地冲击力等参数，从而为运动员提供科学的训练指导。

3. 姿势分析：生物力学可以帮助我们分析人体在不同姿势下的力学特点。

例如，通过运用生物力学方法，可以研究人体在坐姿、站姿、躺姿等不同姿势下的脊柱压力分布、关节力量分布等参数，从而为人体工程学设计提供科学依据。

三、生物力学在康复治疗中的应用生物力学在康复治疗中发挥着重要作用。

通过对患者运动过程的力学分析，可以帮助康复医生了解患者的运动能力和运动障碍，从而制定出科学的康复治疗方案。

例如，在关节置换手术后的康复治疗中，通过生物力学分析，可以确定患者在康复过程中的运动范围、负荷等参数，从而帮助患者尽早恢复正常功能。

四、生物力学在运动训练中的应用生物力学在运动训练中也有重要应用。

通过对运动员运动过程的力学分析，可以帮助教练员了解运动员的力量、速度等参数，从而制定出科学的训练计划。

例如，在田径运动中，通过生物力学分析，可以帮助教练员优化运动员的起跳力量、着地技术等，提高运动员的竞技水平。

人体行走下肢生物力学研究1简介人体行走是一种常见的生理现象，这涉及到复杂的生物力学和生理学机制。

行走是人体非常重要的活动之一，它不仅使人活动起来，而且可以促进人体健康。

因此，人体行走下肢生物力学研究是一个非常重要的研究领域。

2人类步态分析人类步态是通过人类运动系统的协作来完成的。

主要包括步态初期、脚底支撑期、推进期和摆动期。

步态分析是研究人类行走的一种方法。

通过步态分析，可以了解人类如何运动，从而了解身体各部分如何发挥作用。

3下肢骨骼结构与肌肉力量人体下肢是人体活动最频繁的部位之一。

下肢的骨骼结构包括大腿骨、胫骨和腓骨。

这些骨头与肌肉力量、关节结构和神经系统协作运动。

4步行中下肢骨骼与肌肉的变化在步行中，下肢的骨骼和肌肉会发生许多变化。

例如，当一个人行走时，股骨会向前滚动，同时膝盖会弯曲。

这对于膝关节的稳定起着重要作用。

此外，下肢肌肉也发生变化，膝关节内侧和外侧的肌肉会在步态周期中相互协调运动。

5步频和步幅对于人体步态的影响步频和步幅是人体步态的两个重要参数。

步频是一分钟内脚部运动的次数，步幅是在一步中行进的距离。

步频和步幅对人体步态的影响非常显著。

例如，步频增加可以提高运动效率。

而增加步幅则会增加下肢肌肉对于身体的运动控制，从而降低运动效率。

6影响人体行走的因素许多因素会对人体行走产生影响。

例如，平滑的地面对于人体行走非常重要。

人的鞋子也对于人体行走产生影响。

某些特殊型的鞋子可以增加人体行走的效率和平衡性。

7结论总之，人体行走下肢生物力学研究是一个非常重要的研究领域。

通过对人类步态的分析，可以了解人类如何运动，从而了解身体各部分如何发挥作用。

此外，步频和步幅对人体步态的影响非常显著，影响因素也不可忽视。

研究人体行走下肢生物力学，是促进人体行走效率和健康的一个重要途径。